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電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理.doc

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電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理.doc

電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理 電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個原理:彈性體(彈性元件,敏感梁)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形,使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)也隨同產(chǎn)生變形,電阻應(yīng)變片變形后,它的阻值將發(fā)生變化(增大或減?。俳?jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流),從而完成了將外力變換為電信號的過程。 由此可見,電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述。一、電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上,即成為一片應(yīng)變片。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介紹一下它的意義。 設(shè)有一個金屬電阻絲,其長度為L,橫截面是半徑為r的圓形,其面積記作S,其電阻率記作,這種材料的泊松系數(shù)是。當這根電阻絲未受外力作用時,它的電阻值為R:R = L/S() (21) 當他的兩端受F力作用時,將會伸長,也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長L,其橫截面積則縮小,即它的截面圓半徑減少r。此外,還可用實驗證明,此金屬電阻絲在變形后,電阻率也會有所改變,記作。 對式(2-1)求全微分,即求出電阻絲伸長后,他的電阻值改變了多少。我們有:R = L/S + L/S SL/S2 (22) 用式(2-1)去除式(2-2)得到R/R = / + L/L S/S (23) 另外,我們知道導(dǎo)線的橫截面積S = r2,則 s = 2r*r,所以S/S = 2r/r (24) 從材料力學(xué)我們知道r/r = -L/L (25) 其中,負號表示伸長時,半徑方向是縮小的。是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式(24)(25)代入(2-3),有R/R = / + L/L + 2L/L=(1 + 2(/)/(L/L)*L/L= K *L/L (2-6)其中K = 1 + 2 +(/)/(L/L) (-) 式(2-6)說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率(電阻相對變化)和電阻絲伸長率(長度相對變化)之間的關(guān)系。 需要說明的是:靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù),它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān),不同的材料的K值一般在1.73.6之間;其次K值是一個無因次量,即它沒有量綱。 在材料力學(xué)中L/L稱作為應(yīng)變,記作,用它來表示彈性往往顯得太大,很不方便常常把它的百萬分之一作為單位,記作。這樣,式(-)常寫作:R/R = K (28)二、彈性體 彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個,首先是它承受稱重傳感器所受的外力,對外力產(chǎn)生反作用力,達到相對靜平衡;其次,它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應(yīng)變場(區(qū)),使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例,來介紹一下其中的應(yīng)力分布。 設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。 肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力,但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神,一為壓縮,若把應(yīng)變片貼在這里,則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加,而應(yīng)變片的下半部將受壓縮,阻值減少。下面列出肓孔底部中心點的應(yīng)變表達式,而不再推導(dǎo)。 = (3Q(1+)/2Eb)*(B(H2-h2)+bh2)/ (B(H3-h3)+bh3) (2-9)其中:Q-截面上的剪力;E-揚氏模量:泊松系數(shù);B、b、H、h為梁的幾何尺寸。 需要說明的是,上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況,而應(yīng)變片實際感受的是“平均”狀態(tài)。三、檢測電路 檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因為惠斯登電橋具有很多?yōu)點,如可以抑制溫度變化的影響,可以抑制側(cè)向力干擾,可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等,所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。 因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高,各臂參數(shù)一致,各種干擾的影響容易相互抵銷,所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。電阻應(yīng)變計 resistance strain gage 能將工程構(gòu)件上的應(yīng)變,即尺寸變化轉(zhuǎn)換成為電阻變化的變換器(又稱電阻應(yīng)變片),簡稱為應(yīng)變計。一般由敏感柵、引線、粘結(jié)劑、基底和蓋層組成(圖1)。 將電阻應(yīng)變計安裝在構(gòu)件表面,構(gòu)件在受載荷后表面產(chǎn)生的微小變形(伸長或縮短),會使應(yīng)變計的敏感柵隨之變形,應(yīng)變計的電阻就發(fā)生變化,其變化率和安裝應(yīng)變計處構(gòu)件的應(yīng)變 成比例。測出此電阻的變化,即可按公式算出構(gòu)件表面的應(yīng)變,以及相應(yīng)的應(yīng)力。 將電阻應(yīng)變計安裝在構(gòu)件表面,在應(yīng)變計軸線方向的單向應(yīng)力作用下,敏感柵的電阻變化率和引起此電阻變化的構(gòu)件表面在應(yīng)變計軸線方向的應(yīng)變之比,稱為電阻應(yīng)變計的靈敏系數(shù)K,即 , 它表示電阻應(yīng)變計輸出信號與輸入信號在數(shù)量上的關(guān)系,是電阻應(yīng)變計的主要工作特性之一。 敏感柵的柵長一般為 0.2100毫米, 電阻為601000歐(最常用的為120歐和350歐),測量范圍為幾微應(yīng)變至數(shù)萬微應(yīng)變(,1微應(yīng)變=10-6毫米毫米)。 按敏感柵的材料,電阻應(yīng)變計分為金屬電阻應(yīng)變計和半導(dǎo)體應(yīng)變計兩類。 金屬電阻應(yīng)變計 金屬電阻應(yīng)變計的種類、所使用的材料和安裝方法分述如下: 絲式應(yīng)變計 這種應(yīng)變計的敏感柵最常用的有絲繞式和短接線式兩種(圖2)。絲繞式的敏感柵是用直徑 0.0150.05毫米的金屬絲連續(xù)繞制而成,端部呈半圓形。如果安裝應(yīng)變計的構(gòu)件表面存在兩個方向的應(yīng)變,此圓弧端除了感受縱向應(yīng)變外,還能感受橫向應(yīng)變,后者稱為橫向效應(yīng)。若對測量精度的要求較高,應(yīng)考慮橫向效應(yīng)的影響并進行修正。短接線式的敏感柵采用較粗的橫絲,將平行排列的一組直徑為 0.0150.05毫米的金屬縱絲交錯連接而成,端部是平直的。它的橫向效應(yīng)很小,但耐疲勞性能不如絲繞式的。 箔式應(yīng)變計 這種應(yīng)變計的敏感柵用厚度 0.0020.005毫米的金屬箔刻蝕成形。 用此法易于制成各種形狀的應(yīng)變計(圖3)。箔柵有如下優(yōu)點:橫向部分可以做成比較寬的柵條,使橫向效應(yīng)較小;箔柵很薄,能較好地反映構(gòu)件表面的變形,因而測量精度較高;便于大量生產(chǎn);能制成柵長很短的應(yīng)變計。因此,箔式應(yīng)變計得到廣泛應(yīng)用。 臨時基底應(yīng)變計 還有一種臨時基底型的金屬電阻應(yīng)變計(圖4)。制造時將用紫銅等材料制成的敏感柵粘在作為臨時基底的框架上,使用時用粘結(jié)劑將敏感柵固定在構(gòu)件上,然后將臨時基底去掉。這種應(yīng)變計多用于測量高溫條件下的應(yīng)變。 應(yīng)用材料和安裝方法 制造敏感柵的常用材料有銅鎳合金(康銅)、鎳鉻系合金、鐵鉻鋁合金、鎳鉻鐵合金、鉑和鉑合金等。前三種最常用。這些合金的靈敏系數(shù)為26。 所用的粘結(jié)劑分為有機粘結(jié)劑和無機粘結(jié)劑兩類。在一般情況下,前者用在溫度低于400時,后者則用于高溫條件下。有機粘結(jié)劑包括硝化纖維、氰基丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機硅樹脂、聚酰亞胺等。除前兩種之外,使用時一般都要加溫加壓使其固化。常用的無機粘結(jié)劑有磷酸鹽和噴涂用的金屬氧化物。前者在使用時須加溫固化。用作基底的材料有紙、膠膜、玻璃纖維布、金屬薄片(或金屬網(wǎng))等。 把應(yīng)變計粘貼在構(gòu)件表面上有不同的安裝方法:用紙、膠膜、玻璃纖維布作基底的應(yīng)變計,用粘結(jié)劑粘貼;用金屬薄片或金屬網(wǎng)作基底的應(yīng)變計,用點焊或滾焊固定在金屬構(gòu)件上;對于臨時基底型應(yīng)變計,用粘結(jié)劑或用氧炔焰或等離子焰將金屬氧化物熔化并噴涂的方法,將敏感柵固定于金屬基底或構(gòu)件表面上。 只用一個敏感柵的應(yīng)變計,適用于測量單向應(yīng)變。測量平面應(yīng)力場的應(yīng)變時,可采用應(yīng)變花。 半導(dǎo)體應(yīng)變計 將半導(dǎo)體應(yīng)變計安裝在被測構(gòu)件上,在構(gòu)件承受載荷而產(chǎn)生應(yīng)變時,其電阻率將發(fā)生變化。半導(dǎo)體應(yīng)變計就是以這種壓阻效應(yīng)作為理論基礎(chǔ)的,其敏感柵由鍺或硅等半導(dǎo)體材料制成。這種應(yīng)變計可分為體型(圖5)和擴散型兩種。前者的敏感柵由單晶硅或鍺等半導(dǎo)體經(jīng)切片和腐蝕等方法制成,后者的敏感柵則是將雜質(zhì)擴散在半導(dǎo)體材料中制成的。半導(dǎo)體應(yīng)變計的優(yōu)點是靈敏系數(shù)大,機械滯后和蠕變小,頻率響應(yīng)高;缺點是電阻溫度系數(shù)大,靈敏系數(shù)隨溫度而顯著變化,應(yīng)變和電阻之間的線性關(guān)系范圍小。正確選擇半導(dǎo)體材料和改進生產(chǎn)工藝,這些缺點可望得到克服。半導(dǎo)體應(yīng)變計多用于測量小的應(yīng)變(10-1微應(yīng)變到數(shù)百微應(yīng)變),已廣泛用于應(yīng)變測量和制造各種類型的傳感器(見電阻應(yīng)變計式傳感器)。 半導(dǎo)體應(yīng)變計中用薄膜作敏感柵的稱為薄膜應(yīng)變計。它是將金屬、合金或半導(dǎo)體材料,用真空鍍膜、沉積或濺射方法,在絕緣基底上制成一定形狀的薄膜,其厚度從幾十納米至幾萬納米不等。此外,還有靈敏系數(shù)很大的p-n結(jié)半導(dǎo)體應(yīng)變計和壓電場效應(yīng)應(yīng)變計。 電阻應(yīng)變計的品種日益增加,應(yīng)用范圍也日益擴大,除了常用的品種和規(guī)格外,還有各種不同用途的應(yīng)變計,如溫度自補償應(yīng)變計、大應(yīng)變應(yīng)變計、應(yīng)力計、測量殘余應(yīng)力的應(yīng)變花等。利用箔式應(yīng)變計的制造技術(shù),還能生產(chǎn)出可以測量溫度、壓力、疲勞壽命、裂紋擴展情況的各種片式檢測元件(包括測溫片、測壓片、疲勞壽命計、裂紋擴展計等)。 電阻應(yīng)變計 straingauge 基于電阻-應(yīng)變效應(yīng)的敏感元件。電阻-應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體的電阻在導(dǎo)體受力產(chǎn)生變形(伸長或縮短)時發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。當金屬電阻絲受到軸向拉力時,其長度增加而橫截面變小,引起電阻增加。反之,當它受到軸向壓力時則導(dǎo)致電阻減小。電阻應(yīng)變計與彈性敏感元件、補償電阻一起可構(gòu)成多種用途的電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變計按工藝可分為粘貼式、非粘貼式(又稱張絲式或繞絲式)、焊接式、噴涂式等。其中粘貼式應(yīng)變計(又稱應(yīng)變片)是應(yīng)用最廣,也是最早出現(xiàn)的應(yīng)變計。它的工作原理是開爾文勛爵于1856年發(fā)現(xiàn)的。 粘貼式應(yīng)變計 它主要由 4部分組成。由電阻絲制成的敏感柵:是應(yīng)變計的敏感部分;襯底和保護層:敏感柵粘貼在襯底上,襯底是將傳感器彈性元件表面的應(yīng)變傳遞到電阻絲柵上的中間介質(zhì),起絕緣作用;保護層起保護電阻絲的作用;粘合劑:它將電阻絲與襯底粘貼在一起;引出線:它起連接測量導(dǎo)線的作用。按襯底材料和安裝方法的不同,可把粘貼式應(yīng)變計分為紙襯式、膠襯式、金屬襯底式和臨時襯底式等。敏感柵又有多種結(jié)構(gòu)形式,可分為測量單方向應(yīng)變的單軸式和測量兩個方向以上應(yīng)變的多軸式(又稱應(yīng)變花)兩類。 箔式應(yīng)變計 它的工作原理與粘貼式應(yīng)變計相同,但敏感柵用金屬箔(康銅、鎳鉻錳硅合金等)通過光刻、腐蝕等工藝制成。箔式應(yīng)變計的優(yōu)點是:柵的尺寸準確、一致性好、適于大批量生產(chǎn),易于小型化、易散熱、疲勞壽命高等。 金屬薄膜應(yīng)變計 這種應(yīng)變計是通過規(guī)定的掩板在表面有絕緣層的金屬材料或玻璃等無機材料上濺射或沉積一層電阻材料薄膜制成的,也可采用光刻方法制造。還可直接將電阻材料沉積在傳感器的彈性敏感元件上,達到更佳的效果。 張絲式應(yīng)變計 它是利用一定結(jié)構(gòu)使金屬電阻絲張緊并能直接受力而產(chǎn)生電阻-應(yīng)變效應(yīng)的一種應(yīng)變計,又稱非粘貼式應(yīng)變計。一種測量微小壓力的張絲式應(yīng)變計是將金屬電阻線繞在固定于彈簧片上的數(shù)個柱子上制成的(圖2)。當壓力通過連桿加到彈簧片上時,彈簧片的變形使柱子移動,從而改變電阻線圈的張力而使其電阻發(fā)生變化。線圈連接成橋式電路,于是電橋由于橋臂電阻的變化而失去平衡,產(chǎn)生正比于壓力的輸出電壓。利用張絲式應(yīng)變計的原理還可制成扭矩傳感器和加速度計。電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個原理:彈性體(彈性元件,敏感梁)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形,使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)也隨同產(chǎn)生變形,電阻應(yīng)變片變形后,它的阻值將發(fā)生變化(增大或減?。俳?jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流),從而完成了將外力變換為電信號的過程。由此可見,電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述。一、電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上,即成為一片應(yīng)變片。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介芤幌濾 囊庖濉?span>設(shè)有一個金屬電阻絲,其長度為L,橫截面是半徑為r的圓形,其面積記作S,其電阻率記作,這種材料的泊松系數(shù)是。當這根電阻絲未受外力作用時,它的電阻值為R:R = L/S() (21)當他的兩端受F力作用時,將會伸長,也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長L,其橫截面積則縮小,即它的截面圓半徑減少r。此外,還可用實驗證明,此金屬電阻絲在變形后,電阻率也會有所改變,記作。對式(2-1)求全微分,即求出電阻絲伸長后,他的電阻值改變了多少。我們有:R = L/S + L/S SL/S2 (22)用式(2-1)去除式(2-2)得到R/R = / + L/L S/S (23)另外,我們知道導(dǎo)線的橫截面積S = r2,則 s = 2r*r,所以S/S = 2r/r (24)從材料力學(xué)我們知道r/r = -L/L (25)其中,負號表示伸長時,半徑方向是縮小的。是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式(24)(25)代入(2-3),有R/R = / + L/L + 2L/L=(1 + 2(/)/(L/L)*L/L= K *L/L (2-6)其中K = 1 + 2 +(/)/(L/L) (-)式(2-6)說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率(電阻相對變化)和電阻絲伸長率(長度相對變化)之間的關(guān)系。需要說明的是:靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù),它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān),不同的材料的K值一般在1.73.6之間;其次K值是一個無因次量,即它沒有量綱。在材料力學(xué)中L/L稱作為應(yīng)變,記作,用它來表示彈性往往顯得太大,很不方便常常把它的百萬分之一作為單位,記作。這樣,式(-)常寫作:R/R = K (28)二、彈性體彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個,首先是它承受稱重傳感器所受的外力,對外力產(chǎn)生反作用力,達到相對靜平衡;其次,它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應(yīng)變場(區(qū)),使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例,來介紹一下其中的應(yīng)力分布。設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力,但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神,一為壓縮,若把應(yīng)變片貼在這里,則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加,而應(yīng)變片的下半部將受壓縮,阻值減少。下面列出肓孔底部中心點的應(yīng)變表達式,而不再推導(dǎo)。 = (3Q(1+)/2Eb)*(B(H2-h2)+bh2)/ (B(H3-h3)+bh3) (2-9)其中:Q-截面上的剪力;E-揚氏模量:泊松系數(shù);B、b、H、h為梁的幾何尺寸。需要說明的是,上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況,而應(yīng)變片實際感受的是“平均”狀態(tài)。三、檢測電路檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因為惠斯登電橋具有很多?yōu)點,如可以抑制溫度變化的影響,可以抑制側(cè)向力干擾,可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等,所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高,各臂參數(shù)一致,各種干擾的影響容易相互抵銷,所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。稱重傳感器常用技術(shù)參數(shù)一、 用分項指標表示法 在介紹稱重傳感器技術(shù)參數(shù)時,傳統(tǒng)的方法是采用分項指標,其優(yōu)點是物理意義明確,沿用多年,熟悉的人較多。我們現(xiàn)在列出其主要項目如下:*額定容量 生產(chǎn)廠家給出的稱量范圍的上限值。*額定輸出(靈敏度) 加額定載荷時和無載荷時,傳感器輸出信號的差值。由于稱重傳感器的輸出信號與所加的激勵電壓有關(guān),所以額定輸出的單位以mV/V來表示。并稱之為靈敏度。*靈敏度允差 傳感器的實際穩(wěn)定輸出與對應(yīng)的標稱額定輸出之差對該標稱額定輸出的百分比。例如,某稱重傳感器的實際額定輸出為2.002mV/V,與之相適應(yīng)的標準額定輸出則為2mV/V,則其靈敏度允差為:(2002 2。000)/2.000)*100% = 0.1%*非線性 由空載荷的輸出值和額定載荷時輸出值所決定的直線和增加負荷之實測曲線之間最大偏差對于額定輸出值的百分比。*滯后允差 從無載荷逐漸加載到額定載荷然后再逐漸卸載。在同一載荷點上加載和卸載輸出量的最大差值對額定輸出值的百分比。重復(fù)性誤差 在相同的環(huán)境條件下,對傳感器反復(fù)加荷到額定載荷并卸載。加荷過程中同一負荷點上輸出值的最大差值對額定輸出的百分比。*蠕變 在負荷不變(一般取為額定載荷),其它測試條件也保持不變的情形下,稱重傳感器輸出隨時間的變化量對額定輸出的百分比。*零點輸出 在推薦電壓激勵下,未加載荷時傳感器的輸出值對額定輸出的百分比。*絕緣阻抗 傳感器的電路和彈性體之間的直流阻抗值。*輸入阻抗 信號輸出端開路,傳感器未加負荷時,從電源激勵輸入端測得的阻抗值。*輸出阻抗 電源激勵輸入端短路,傳感器未加載荷時,從信號輸出端測得的阻抗。*溫度補償范圍 在此溫度范圍內(nèi),傳感器的額定輸出和零平衡均經(jīng)過嚴密補償,從而不會超出規(guī)定的范圍。零點溫度影響 環(huán)境溫度的變化引起的零平衡變化。一般以溫度每變化10K時,引起的零平衡變化量對額定輸出的百分比來表示。*額定輸出溫度影響 環(huán)境溫度的變化引起的額定輸出變化。一般以溫度每變化10K引起額定定輸出的變化量額定輸出的百分比來表示。*使用溫度范圍 傳感器在此溫度范圍內(nèi)使用其任何性能參數(shù)均不會產(chǎn)生永久性有害變化.二、在OIML60號國際建議中采用的術(shù)語。 以O(shè)IML60號國際建議年版為基礎(chǔ),參考JJG669-90稱重傳感器檢定規(guī)程新的技術(shù)參數(shù)大致有:*稱重傳感器輸出 被測量(質(zhì)量)通過稱重傳感器轉(zhuǎn)換而得到的可測量。*稱重傳感器分度值 稱重傳感器的測量范圍被等分后其中一份的大小。*稱重傳感器檢定分度值(V) 為了準確度分級,在稱重傳感器測試中采用的,以質(zhì)量單位表達的稱重傳感器分度值。*稱重傳感器最小檢定分度值(Vmin) 稱重傳感器測量范圍可以被分度的最小檢定分度值勤。*最小靜負荷(Fsmin) 可以施加于稱重傳感器而不會超出最大允許誤差的質(zhì)量的最小值。*最大稱量 可以施加于稱重傳感器而不會超出最大允許誤差的質(zhì)量的最大值。*非線性(L) 稱重傳感器進程校準曲線與理論直線的偏差。*滯后誤差(H)施加同一級負荷時稱重傳感器輸出讀數(shù)之間的最大差值;其中一次是由最小靜負荷開始的進程讀數(shù),另一次是由最大稱量開始的回程讀數(shù)。*蠕變(Cp) 在負荷不變,所有環(huán)境條件和其它變量也保持不變的情況下,稱重傳感器滿負荷輸出隨時間的變化。*最小靜負荷輸出恢復(fù)植(CrFsmin)負荷施加前,后測得的稱重傳感器最小靜負荷輸出之間的差值。*重復(fù)性誤差(R) 在相同的負荷和相同的環(huán)境條件下,使連續(xù)數(shù)次進行實驗所得的稱重傳感器輸出讀數(shù)之間的差值。*溫度對最小靜負荷輸出的影響(Fsmin) 由于環(huán)境溫度變化而引起的最小靜負荷輸出之間的變化。*溫度對輸出靈敏度的影響(St) 由于環(huán)境溫度變化而引起的輸出靈敏度的變化。*稱重傳感器測量范圍 被測量(質(zhì)量)值范圍,測量結(jié)果在此范圍內(nèi)不會超出最大允許誤差。*安全極限負荷 可以施加于稱重傳感器的最大負荷,此時稱重傳感器在性能特征上,不會產(chǎn)生超出規(guī)定值的永久性漂移。*溫濕度對最小靜負荷輸出影響(FsminH) 由于溫濕度變化而引起的最小靜負荷輸出的變化。*溫濕度對輸出靈敏度的影響 由于溫濕度變化而引起的輸出靈敏度的變化。此外,在JJG69990稱重傳感器檢定規(guī)程中,還列出了一個技術(shù)參數(shù),即*最小負荷(Fmin) 力發(fā)生裝置能達到的最接近稱重傳感器最小靜負荷的質(zhì)量值。正是因為傳感器測量時,總要在測力機上進行,而又很難直接測量最小靜負荷點性能。再要說明一點,OIML60號國際建議是專門為稱重傳感器而制定的,它對稱重傳感器的評定的出發(fā)點就是要適應(yīng)衡器的要求。當傳感器用于其它目的時,這種評估方式不一定最合適。稱重傳感器選用的一般規(guī)則在電子衡器中,選用何種稱重傳感器,要全面衡量。下面就稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式、量程,準確度等級的選擇上講述一般要考慮的幾個方面。一、結(jié)構(gòu)、形式的選擇選用何種結(jié)構(gòu)形式的稱重傳感器,主要看衡器的結(jié)構(gòu)和使用的環(huán)境條件。如要制作低外形衡器,一般應(yīng)選用懸臂梁式和輪幅式傳感器,若對外形高度要求不嚴,則可采用柱式傳感器。此外,衡器使用的環(huán)境若很潮濕,有很多粉塵,則應(yīng)選擇密封形式較好的;若在有爆炸危險的場合,則應(yīng)選用本質(zhì)安全型傳感器;若在高架稱重系統(tǒng)中,則應(yīng)考慮安全及過載保護;若在高溫環(huán)境下使用,則應(yīng)選用有水冷卻護套的稱重傳感器;若在高寒地區(qū)使用,則應(yīng)考慮采用有加溫裝置的傳感器。 在形式選擇中,有一個要考慮的因素是,維修的方便與否及其所需費用,即一旦稱重系統(tǒng)出了毛病,能否很順利、很迅速的獲得維修器件。若不能做到就說明形式選擇不夠合適。二、量程的選擇稱重系統(tǒng)的稱量值越接近傳感器的額定容量,則其稱量準確度就越高,但在實際使用時,由于存在秤體自重、皮重及振動、沖擊、偏載等,因而不同稱量系統(tǒng)選用傳感器的量限的原則有很大差別。作為一般規(guī)則,可有: *單傳感器靜態(tài)稱重系統(tǒng):固定負荷(秤臺、容器等)+ 變動負荷(需稱量的載荷)所選用傳感器的額定載荷 X 70% *多傳感器靜態(tài)稱重系統(tǒng):固定負荷(秤臺、容器等)+ 變動負荷(需稱量的載荷)選用傳感器額定載荷 X 所配傳感器個數(shù) X 70%其中70%的系數(shù)即是考慮振動、沖擊、偏載等因素而加的。需要說明的是:首先,選擇傳感器得額定容量要盡量符合生產(chǎn)廠家的標準產(chǎn)品系列中的值,否則,選用了非標準產(chǎn)品,不但價格貴,而且損壞后難以代換。其次,在同一稱重系統(tǒng)中,不允許選用額定容量不同的傳感器,否則,該系統(tǒng)沒法正常工作。再者,所謂變動負荷(需稱量的載荷)是指加于傳感器的真實載荷,若從秤臺到傳感器之間的力值傳遞過程中,有倍乘和衰減的機構(gòu)(如杠桿系統(tǒng)),則應(yīng)考慮其影響.三、 準確度的選擇稱重傳感器的準確度等級的選擇,要能夠滿足稱重系統(tǒng)準確度級別的要求,只要能滿足這項要求即可。即若2500分度的傳感器能滿足要求,切勿選用3000分度的。 若在一稱重系統(tǒng)中使用了幾只相同形式,相同額定容量的傳感器并聯(lián)工作時,其綜合誤差為,則有:=/ n1/2 (212)其中:單個傳感器的綜合誤差; n:傳感器的個數(shù)。 另外,電子稱重系統(tǒng)一般由三大部分組成,他們是稱重傳感器,稱重顯示器和機械結(jié)構(gòu)件。當系統(tǒng)的允差為1時,作為非自動衡器主要構(gòu)成部分之一的稱重傳感器的綜合誤差()一般只能達到0.7的比例成分。根據(jù)這一點和式(2-12),自不難對所需的傳感器準確度作出選擇。四、某些特殊要求應(yīng)如何達到在某些稱重系統(tǒng)中,可能有一些特殊的要求,例如軌道衡中希望稱重傳感器的彈性變形量要小一些,從而可以使秤臺在稱量時的下沉量小些,使得貨車在駛?cè)牒婉偝龀优_時,減小沖擊和振動。另外,在構(gòu)成動態(tài)稱重系統(tǒng)時,不免要考慮所用稱重傳感器的自振頻率,是否能滿足動態(tài)測量的要求。這些參數(shù),在一般的產(chǎn)品介紹中是不予列出的。因此當要了解這些技術(shù)參數(shù)時,應(yīng)向制造商咨詢,以免失誤。使用稱重傳感器注意事項電阻應(yīng)變式稱重傳感器本身是一種堅固、耐用、可靠的機電產(chǎn)品。但為了保證測試精度,我們?nèi)杂性S多在使用中要注意的問題,下面列出一些基本要求。一、機械安裝方面稱重傳感器要輕拿輕放,尤其是由合金鋁制作彈性體的小容量傳感器,任何沖擊、跌落,對其計量性能均可能造成極大損害。對于大容量的稱重傳感器,一般來說,它具有較大的自重,故而要求在搬運、安裝時,盡可能使用適當?shù)钠鸬踉O(shè)備(如手拉葫蘆、電動葫蘆等)。安裝傳感器的底座安裝面應(yīng)平整、清潔,無任何油膜,膠膜等存在。安裝底座本身應(yīng)有足夠的強度和剛性,一般要求高于傳感器本身的強度和剛度。水平調(diào)整:水平調(diào)整有兩個方面的內(nèi)容。一是單只傳感器安裝底座的安裝平面要用水平儀調(diào)整水平,另一方面是指多個傳感器的安裝底座的安裝面要盡量調(diào)整到一個水平面上(用水準儀),尤其是傳感器數(shù)多于三個的稱重系統(tǒng)中,更應(yīng)注意這一點,這樣做的主要目的是為了使各傳感器所承受的負荷基本一致。每種稱重傳感器的加載方向都是確定的,而我們使用時,一定要在此方向上加載負荷。橫向力、附加的彎矩、扭矩力應(yīng)盡量避免。盡量采用有自動定位(復(fù)位)作用的結(jié)構(gòu)配件,如球形軸承、關(guān)節(jié)軸承、定位緊固器等。他們可以防止某些橫向力作用在傳感器上。要說明的是:有些橫向力并不是機械安裝引起的,如熱膨脹引起的橫向力,風(fēng)力引起的橫向力,及某些容器類衡器上的攪拌器的振動引起的橫向力即不是機械安裝引起的。某些衡器上有些必須接到秤體上的附件(如容器秤的輸料管道等),我們應(yīng)讓他們在傳感器加載主軸的方向上盡量柔軟一些,以防止他們“吃掉”傳感器的真實負荷合而引起誤差。稱重傳感器周圍應(yīng)盡量設(shè)置一些“擋板”,甚至用薄金屬板把傳感器罩起來。這樣可防止雜物玷污傳感器及某些可動部分,而這種“沾污”往往會使可動部分運動不爽,而影響稱量精度。系統(tǒng)有無運動不爽現(xiàn)象,可以用以下方法判別。即在秤臺上加或減大約千分之一額定負荷看看稱重顯示儀是否有反映,有反映,說明可動部分未受“沾污”。稱重傳感器雖然有一定的過載能力,但在稱重系統(tǒng)安裝過程中,仍應(yīng)防止傳感器的超載。要注意的是,即使是短時間的超載,也可能會造成傳感器永久損壞。在安裝過程中,若確有必要,可先用一個和傳感器等高度的墊塊代替?zhèn)鞲衅鳎阶詈?,再把傳感器換上。在正常工作時,傳感器一般均應(yīng)設(shè)置過載保護的機械結(jié)構(gòu)件。若用螺桿固定傳感器,要求有一定的緊固力矩,而且螺桿應(yīng)有一定的旋入螺紋深度。一般而言,固定螺桿因采用高強度螺桿。傳感器應(yīng)采用鉸合銅線(截面積約50mm2)形成電氣旁路,以保護它們免受電焊電流或雷擊造成的危害。傳感器使用中,必須避免強烈的熱輻射,尤其是單側(cè)的強烈熱輻射。二、電氣連接方面?zhèn)鞲衅鞯男盘栯娎|,不和強電電源線或控制線并行布置(例如不要把傳感器信號線和強電電源線及控制線置于同一管道內(nèi))。若它們必須并行放置,那么,它們之間的距離應(yīng)保持在50CM以上,并把信號線用金屬管套起來。不管在何種情況下,電源線和控制線均應(yīng)絞合起來,合程度50轉(zhuǎn)米,若傳感器信號線需要延長,則應(yīng)采用特制的密封電纜接線盒。若不用此種接線盒,而采用電纜與電纜直接對接(錫焊端頭),則應(yīng)對密封防潮特別予以注意,接好后應(yīng)檢驗絕緣電阻,且需達到標準(20005000M),必要時,應(yīng)重新標定傳感器。若信號電纜線很長,又要保證很高的測量精度,應(yīng)考慮采用帶有中繼放大器的電纜補償電路。所有通向顯示電路或從電路引出的導(dǎo)線,均應(yīng)采用屏蔽電纜。屏蔽線的聯(lián)接及接地點應(yīng)合理。如圖2一9所示。若未通過機械框架接地,則在圖2一9A處接地,但屏蔽線互相聯(lián)接后未接地,是浮空的。注意:有3只傳感器是全并聯(lián)接法,傳感器本身是4線制,但在接線盒內(nèi)換成6線制接法。傳感器輸出信號讀出電路不應(yīng)和能產(chǎn)生強烈干擾的設(shè)備(如可”控硅,接觸器等)及有可觀熱量產(chǎn)生的設(shè)備放在同一箱體中,若不能保證這一點,則應(yīng)考慮在它們之間設(shè)置障板隔離之,并在箱體內(nèi)安置風(fēng)扇。用以測量傳感器輸出信號的電子線路,應(yīng)盡可能配置獨立的供電變壓器,而不要和接觸器等設(shè)備共用同一主電源。

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